La mayoría de los periféricos
están compuestos por una parte mecánica y otra
parte electrónica. Estas partes suelen separarse
claramente para dar una mayor modularidad. A la componente
electrónica del periférico se le suele denominar
controlador del dispositivo o, también, adaptador del
dispositivo. Si el dispositivo no tiene parte mecánica
(como, por ejemplo, la pantalla de un terminal), el controlador
estará formado por la parte digital del circuito.
Frecuentemente los controladores de los dispositivos están
alojados en una placa de circuito impreso diferenciada del resto
del periférico. En este caso es bastante habitual que un
mismo controlador pueda dar servicio a dispositivos de
características similares.
El principal problema planteado por los
periféricos es su gran variedad que también afecta
a las velocidades de transmisión. Por tanto, el mayor
inconveniente que encontramos en los periféricos es la
diferencia entre sus velocidades de transmisión y la
diferencia entre éstas y la velocidad de operación
del computador.
Uso de interrupciones
Un computador debe disponer de los
elementos suficientes para que el programador tenga un control
total sobre todo lo que ocurre durante la ejecución de su
programa. La llegada de una interrupción provoca que la
CPU suspenda la ejecución de un programa e inicie la de
otro (rutina de servicio de interrupción). Como las
interrupciones pueden producirse en cualquier momento, es muy
probable que se altere la secuencia de sucesos que el programador
había previsto inicialmente. Es por ello que las
interrupciones deber controlarse cuidadosamente.
De esta forma, podemos resumir todos las
etapas seguidas ante una interrupción en un sistema dotado
de vectorización. Estos pasos son los
siguientes:
El dispositivo envía la solicitud de
interrupción mediante la línea INTR.
El procesador termina la ejecución
de la instrucción en curso y analiza la línea de
petición de interrupción, INTR. Si esta
línea no está activada continuará
normalmente con la ejecución de la siguiente
instrucción, en caso contrario se pasa a la etapa
siguiente.
La CPU reconoce la interrupción,
para informar al dispositivo de ello, activa la línea de
reconocimiento de interrupción, INTA.
El dispositivo que reciba la señal
INTA envía el código de interrupción por el
bus de datos.
La CPU calcula la dirección de
memoria donde se encuentra la rutina de servicio de
interrupción (vector de interrupción).
El estado del procesador, y en particular
el contador de programa, se salva en la pila de la misma forma
que en una llamada a procedimiento.
La dirección de la rutina de
servicio de interrupción se carga en el contador de
programa, con lo que se pasa el control a la citada
rutina.
La ejecución continúa hasta
que el procesador encuentre la instrucción de retorno de
interrupción.
Cuando se encuentre la instrucción
de retorno de interrupción se restaura el estado del
procesador, en especial el contador de programa, y se devuelve el
control al programa interrumpido.
Normalmente la primera instrucción
de la rutina de servicio tendrá como fin desactivar las
interrupciones para impedir el anidamiento, por otra parte, antes
de devolver el control al programa interrumpido se
volverán a habilitar si es necesario.
Tipos
Dispositivos de entrada
Estos dispositivos permiten al usuario del
ordenador introducir datos, comandos y programas en la CPU. El
dispositivo de entrada más común es un teclado
similar al de las máquinas de escribir. La
información introducida con el mismo, es transformada por
el ordenador en modelos reconocibles. Otros dispositivos de
entrada son los lápices ópticos, que transmiten
información gráfica desde tabletas
electrónicas hasta el ordenador; joysticks y el
ratón o mouse, que convierte el movimiento físico
en movimiento dentro de una pantalla de ordenador; los
escáneres luminosos, que leen palabras o símbolos
de una página impresa y los traducen a configuraciones
electrónicas que el ordenador puede manipular y almacenar;
y los módulos de reconocimiento de voz, que convierten la
palabra hablada en señales digitales comprensibles para el
ordenador. También es posible utilizar los dispositivos de
almacenamiento para introducir datos en la unidad de proceso.
Otros dispositivos de entrada, usados en la industria, son los
sensores.
Dispositivos de Entrada/Salida
Los dispositivos de almacenamiento
externos, que pueden residir físicamente dentro de la
unidad de proceso principal del ordenador, están fuera de
la placa de circuitos principal. Estos dispositivos almacenan los
datos en forma de cargas sobre un medio magnéticamente
sensible, por ejemplo una cinta de sonido o, lo que es más
común, sobre un disco revestido de una fina capa de
partículas metálicas. Los dispositivos de
almacenamiento externo más frecuentes son los disquetes y
los discos duros, aunque la mayoría de los grandes
sistemas informáticos utiliza bancos de unidades de
almacenamiento en cinta magnética. Los discos flexibles
pueden contener, según sea el sistema, desde varios
centenares de miles de bytes hasta bastante más de un
millón de bytes de datos. Los discos duros no pueden
extraerse de los receptáculos de la unidad de disco, que
contienen los dispositivos electrónicos para leer y
escribir datos sobre la superficie magnética de los discos
y pueden almacenar desde varios millones de bytes hasta algunos
centenares de millones. La tecnología de CD-ROM, que
emplea las mismas técnicas láser utilizadas para
crear los discos compactos (CD) de audio, permiten capacidades de
almacenamiento del orden de varios cientos de megabytes (millones
de bytes) de datos. También hay que añadir los
recientemente aparecidos DVD que permiten almacenar más de
4 Gb de información.
Dispositivos de salida
Estos dispositivos permiten al usuario ver
los resultados de los cálculos o de las manipulaciones de
datos de la computadora. El dispositivo de salida más
común es la unidad de visualización, que consiste
en un monitor que presenta los caracteres y gráficos en
una pantalla similar a la del televisor. Por lo general, los
monitores tienen un tubo de rayos catódicos como el de
cualquier televisor, aunque los ordenadores pequeños y
portátiles utilizan hoy pantallas de cristal
líquido (LCD, acrónimo de Liquid Crystal Displays)
o electroluminiscentes. Otros dispositivos de salida más
comunes son las impresoras, que permiten obtener una copia
impresa de la información que reside en los dispositivos
de almacenamiento, las tarjetas de sonido y los módem. Un
módem enlaza dos ordenadores transformando las
señales digitales en analógicas para que los datos
puedan transmitirse a través de las líneas
telefónicas convencionales.
Componentes
digitales
Circuitos integrados
Un circuito digital se construye con
circuitos integrados. Este cuenta con diferentes componentes
electrónicos que interconectados forman los circuitos
requeridos.
Cada CI tiene una designación
numérica impresa en la superficie, para su
identificación.
Clasificación con respecto a su
tamaño:
SSI: Integración en escala
pequeña (Hasta 10 compuertas)
MSI: Integración en escala media
(Hasta 200 compuertas)
LSI: Integración en gran escala
(Unos cuantos miles de compuertas)
VLSI: Integración en muy gran escala
(Miles de compuertas)
Clasificación con respecto a su
tecnología (Familias lógicas):
TTL: Lógica de transistor –
transistor (La más popular)
ECL: Lógica de emisor acoplado (Muy
rápidos, para supercomputadoras )
MOS: Metal óxido semiconductor
metálico ( Alta densidad de integración de
circuitos)
CMOS: Metal óxido semiconductor
complementario (Para sistemas que requieren bajo consumo de
energía)
Decodificadores
Un decodificador de un circuito
combinatorio que convierte la información binaria de las n
entradas codificadas a un máximo de 2n salidas
únicas.
Decodificador de 3 a 8 líneas Sirve
para convertir de binario a octal.
Entrada de
habilitación
La entrada de habilitación (E) sirve
para controlar el funcionamiento del circuito.
El decodificador se activa o habilita
cuando E es 1 y se desactiva cuando E es 0. Decodificador de
compuerta NAND
Este decodificador se construye con
compuertas NAND en lugar de AND.
El circuito funciona con salidas
complementadas y una entrada de habilitación E
complementada.
Expansión del
decodificador
Es posible combinar dos o mas
decodificadores pequeños con entradas de
habilitación para formar un decodificador
mayor.
Decodificador 3 x 8 construido con dos
decodificadores 2 x 4.
Aquí es muy útil la entrada
de habilitación para interconectar los dos
circuitos.
Codificadores
Un codificador realiza la operación
inversa de un decodificador.
Un codificador tiene 2n ( o menos)
líneas de entrada y n líneas de salida.
Ejemplo: Codificador de octal a
binario
Multiplexores
Un multiplexor es un circuito combinatorio
que recibe información binaria de una de 2n líneas
de datos de entrada y la dirige a una línea de salida
única.
Multiplexor de 4 a 1
líneas
En lugar de usar una tabla de verdad para
describir el funcionamiento del multiplexor, se utiliza una tabla
de función. Al multiplexor también se le llama
selector de datos, y su abreviatura es MUX.
Los multiplexores también pueden
tener entrada de habilitación, y al igual que antes sirve
para ampliar dos o más multiplexores a un multiplexor con
un número mayor de entradas.
Multiplexores cuádruples 2 a 1
líneas.
Registros
Un registro es un grupo de flip-flops,
donde cada flip-flop es capaz de almacenar un bit de
información.
Un registro de n bits es un grupo de n
flip-flops y es capaz de almacenar cualquier información
binaria de n bits.
Un registro puede tener compuertas
combinatorias que ejecuten ciertas tareas de procesamiento de
datos.
El registro mas simple es aquel que se
compone sólo de flips-flops, sin compuertas
externas.
Ejemplo: Registro de 4 bits
La entrada común de reloj dispara
todos los flips-flops y los datos binarios disponibles en las
entradas se transfieren al registro de 4 bits.
La entrada de borrar va a una terminal
especial de cada flip-flop. Cuando esta entrada va a 0, todos los
flip-flops se borran en forma asíncrona.
Carga de registro
La transferencia de nueva
información a un registro se llama carga de
registro.
Si todos los bits del registro se cargan
simultáneamente con una transición de pulso de
reloj común, se dice que la carga se hizo en
paralelo.
Registro con carga paralela
La entrada de carga determina si el pulso
siguiente aceptará la nueva información o
dejará la información en el registro
intacta.
Ejemplo: Registro de 4 bits con carga
paralela.
Cuando la entrada de carga es 1, los datos
en las cuatro entradas se transfieren al registro con la
siguiente transición positiva del pulso de
reloj.
Entrada de carga
La entrada de carga en el registro
determina la acción que va a tomarse con cada pulso de
reloj.
La conexión de
retroalimentación de la salida a la entrada es necesaria
porque los flip-flops D no tienen condición "sin
cambio".
Registros de corrimiento
Un registro capaz de desplazar su
información binaria en una o en ambas direcciones se llama
registro de corrimiento.
La configuración lógica
consta de una cadena de flip-flops en cascada, con la salida de
un flip-flop conectada a la entrada del siguiente.
La entrada serial determina qué va
en la posición extrema izquierda durante el
corrimiento.
Además se podría tener una
entrada que habilite el corrimiento.
Registro de corrimiento bidireccional con
carga paralela
Un registro capaz de tener corrimientos en
una sola dirección se llama registro de corrimiento
unidireccional y uno que puede tener corrimientos en ambas
direcciones se llama registro de corrimiento
bidireccional.
Capacidades de un registro de corrimiento
general:
Una entrada para sincronizar las
operaciones (reloj)
Corrimiento a la derecha y su línea
serial
Corrimiento a la izquierda y su
línea serial
N líneas de entrada para la carga en
paralelo
N líneas de salida en paralelo
Un estado de control ( Entrada de
carga)
Autor:
Azucena
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